Hallo Habr! Ich mache Sie auf die Übersetzung des
Artikels "Benötigen Sie eine Blockchain?"
Teil 1 (Supply Chain Management)
Blockchain wurde als technologische Innovation eingeführt, die zu einer Revolution in der Öffentlichkeitsarbeit und im Handel führen könnte. Dieser Ruf hängt teilweise mit seinen Eigenschaften zusammen, die es den Parteien ermöglichen, sich gegenseitig zu misstrauen, um zu interagieren und finanzielle Vermögenswerte auszutauschen, ohne sich auf einen vertrauenswürdigen Dritten zu verlassen.
In diesem Artikel werden wir kritisch analysieren, ob Blockchain wirklich die beste Lösung für einen bestimmten Anwendungsfall ist.
Wir unterscheiden zwischen öffentlichen (erlaubnislosen) Bitcoin \ Ethereum- und privaten (erlaubten) Hyperledger \ Corda-Blockchains und stellen deren Eigenschaften denen zentral verwalteter Datenbanken gegenüber. Wir werden eine strukturierte Methodik zur Bestimmung der optimalen technischen Ansätze zur Lösung spezifischer angewandter Probleme zeigen. Wir werden drei Fälle analysieren - Supply Chain Management, Interbanken- und internationale Zahlungen sowie dezentrale autonome Organisationen.
- Blockchain Hintergrund
Der Name Blockchain stammt aus einer Blockkette. Jeder Block ist dem vorherigen über einen kryptografischen Hash zugeordnet. Ein Block ist eine Datenstruktur, mit der Sie eine Liste von Transaktionen speichern können. Blockchain-Netzwerkknoten erstellen und tauschen Transaktionen aus und ändern den Status der Blockchain. Transaktionen können für den Geldbetrag sinnvoll sein, sind jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt und können beispielsweise Benutzerprogramme ausführen, die als intelligente Verträge bezeichnet werden.
Die folgenden Unterschiede sind charakteristisch für die Teilnehmer in den betrachteten Netzwerken. Wie bei jeder Datenbank ist ein "Writer" eine Entität, die den Status in die Datenbank schreibt. In der Blockchain bezieht sich dies auf den Teilnehmer, der am Konsensprotokoll beteiligt ist und daran teilnimmt, die Blockchain mit Daten zu füllen. Der Writer sammelt Transaktionen in Blöcken und hängt Blöcke an die Blockchain an. Ein Schriftsteller kann auch als "Validator" bezeichnet werden. "Reader" ist eine Entität, die nicht am Füllen der Blockchain beteiligt ist, sondern entweder am Prozess der Erstellung von Transaktionen teilnehmen oder die Blockchain einfach lesen, analysieren oder prüfen kann.
Öffentliche Blockchain-Systeme
Bitcoin und Ethereum sind ein Beispiel für öffentliche Netzwerke, die offen und dezentral sind. Jeder Knoten kann jederzeit dem Netzwerk beitreten und es verlassen und ein Validator oder Leser werden. Es gibt kein zentrales Leitungsgremium, das die Mitgliedschaft kontrolliert oder Leser oder Schriftsteller einschränkt. Diese Offenheit impliziert die Lesbarkeit von Datensätzen durch jeden Knoten. Die Verwendung kryptografischer Grundelemente bietet jedoch die technische Möglichkeit, ein öffentliches Blockchain-Netzwerk mit versteckten privaten Informationen (Zerocash) zu erstellen.
Private Blockchain-Systeme
Um die Teilnehmerzahl zu begrenzen, wurden sogenannte private Blockchain-Systeme vorgeschlagen. Hier verteilt die zentrale Behörde die Rechte und Attribute der Lese- und Schreibvorgänge an die Blockchain. Um Isolation und Privatsphäre zu gewährleisten, können Leser und Schreiber separate parallele Blockchains miteinander verbunden haben. Die bekanntesten Systeme sind Hyperledger und Corda R3.
- Die Eigenschaften
Mit der öffentlichen Überprüfbarkeit kann jeder die Richtigkeit des aktuellen Status des Systems überprüfen. In verteilten Registern wird jeder Status von Validatoren vereinbart, dies ist eine begrenzte Teilmenge aller Benutzer. Jeder Beobachter kann jedoch sicherstellen, dass sich der Status der Registrierung gemäß dem Protokoll ändert und dass alle Beobachter denselben Registrierungstyp haben. In zentralisierten Systemen können unterschiedliche Beobachter unterschiedliche Zustandsarten haben. Daher können sie die Richtigkeit der Transaktion nicht feststellen. Stattdessen sollten sie der zentralen Behörde vertrauen.
Die Transparenz der Daten und der Prozess der Statusaktualisierung sind eine Voraussetzung für die öffentliche Kontrolle. Die dem Browser zur Verfügung stehende Informationsmenge kann jedoch variieren, und nicht jeder Teilnehmer benötigt Zugriff auf die einzelnen Informationen.
Vertraulichkeit ist ein wichtiger Bestandteil jedes Systems. Es besteht ein interner Widerspruch zwischen Vertraulichkeit und Transparenz. Vertraulichkeit ist in einem zentralisierten System sicherlich leichter zu erreichen, da sie keine Transparenz und öffentliche Kontrolle erfordert.
Die Integrität der Informationen stellt sicher, dass die Informationen vor nicht autorisierten Änderungen geschützt sind, dh dass die empfangenen Daten korrekt sind. Die Integrität der Informationen ist eng mit der öffentlichen Kontrolle verbunden. Wenn das System eine öffentliche Überprüfbarkeit bietet, kann jeder die Integrität der Daten überprüfen. Andernfalls kann die Integrität nur gewährleistet werden, wenn das zentralisierte System nicht beeinträchtigt wird.
Datenredundanz ist für viele Anwendungsfälle wichtig. In Blockchain-Systemen wird Redundanz von Natur aus durch Replikation auf Knoten sichergestellt. In zentralisierten Systemen wird Redundanz normalerweise durch Replikation auf verschiedenen physischen Servern und durch Erstellen von Sicherungen erreicht.
Trust Anchor bestimmt, wer die höchste Autorität repräsentiert
in diesem System, das das Recht hat, Leseberechtigungen zu erteilen und zu widerrufen
und Schreibzugriff auf das System.
Der Widerspruch zwischen Transparenz und Vertraulichkeit . Es gibt einen inhärenten Kompromiss zwischen Transparenz und Vertraulichkeit. Ein vollständig transparentes System ermöglicht es jedem, irgendeinen Teil der Informationen zu sehen, d. H. Vertraulichkeit wird nicht bereitgestellt. Ebenso bietet es in einem vollständig privaten System keine Transparenz. Das System kann jedoch eine garantierte Vertraulichkeit gewährleisten, ohne dass Informationen über den Status jedes einzelnen Teilnehmers verloren gehen. Die Vertraulichkeit im öffentlichen System kann mit kryptografischen Methoden erreicht werden, geht jedoch in der Regel zu Lasten einer geringeren Effizienz. Die Zerocash-Kryptowährung verwendet beispielsweise eine rechenintensive Kryptografie, um eine vollständige Anonymität sicherzustellen, und bietet gleichzeitig eine ausreichende Transparenz, um den Status der Registrierung öffentlich zu überprüfen.
- Wo ist die Blockchain sinnvoll? Im Allgemeinen ist die Verwendung einer offenen oder geschlossenen Blockchain sinnvoll, wenn mehrere sich gegenseitig misstrauende Entitäten interagieren und den Status des Systems ändern möchten und nicht mindestens einen vertrauenswürdigen Dritten verwenden. Um den Entscheidungsprozess zu erleichtern, stellen wir das Diagramm in Abb. 1. Es wird eine oder mehrere Parteien betrachtet, die den Status des Systems schreiben, d. H. Der Verfasser. Dies ist eine Einheit mit dem Recht, in eine typische Datenbank oder einen Konsens-Teilnehmer am Blockchain-System zu schreiben.
Wenn keine Notwendigkeit zum Speichern von Daten besteht, ist eine Datenbank überhaupt nicht erforderlich, d. H. Blockchain als eine Form der Datenbank ist nutzlos. Wenn es nur einen Writer gibt, bietet die Blockchain keine zusätzlichen Garantien und die übliche Basis ist besser geeignet, da sie eine bessere Leistung in Bezug auf Bandbreite und Latenz bietet. Wenn ein vertrauenswürdiger Dritter (TPA) verfügbar ist, gibt es zwei Optionen: Die erste Option ist, dass TPA, wenn TPA immer online ist, Schreibvorgänge darauf übertragen werden kann und als Verifizierer für Statusübergänge fungieren kann. Zweitens kann TPA, wenn es normalerweise offline ist, als Zertifizierungsstelle beim Einrichten einer zulässigen Blockchain fungieren, d. H. Wenn alle Autoren des Systems bekannt sind. Wenn sich alle Autoren gegenseitig vertrauen, dh davon ausgehen, dass kein Teilnehmer böswillig ist, ist eine gemeinsam genutzte Datenbank wahrscheinlich die beste Lösung. Wenn sie sich nicht vertrauen, ist die Verwendung einer privaten Blockchain sinnvoll.
Je nachdem, ob eine öffentliche Überprüfung erforderlich ist, kann jeder den Status lesen (öffentliche Blockchain mit Differenzierung der Rechte) oder die Anzahl der Leser kann eingeschränkt werden (private Blockchain mit Differenzierung der Rechte), wenn die Anzahl der Autoren nicht festgelegt ist und den Teilnehmern unbekannt ist, wie dies bei der Fall ist Bei vielen Kryptowährungen wie Bitcoin ist eine öffentliche Blockchain eine geeignete Lösung:
In Tabelle 1 vergleichen wir einige Eigenschaften von öffentlichen und privaten Blockchains und zentralisierten Datenbanken. In einem zentralisierten System ist die Leistung in Bezug auf Verzögerung und Durchsatz viel besser als in Blockchain-Systemen, da Blockchain-Systeme aufgrund des Konsensmechanismus eine zusätzliche Komplexität (kommunikativ und rechnerisch) aufweisen. Beispielsweise unterstützt Bitcoin derzeit einen Durchsatz von ungefähr 7 Transaktionen pro Sekunde (der ohne Beeinträchtigung der Sicherheit auf ungefähr 66 erweitert werden könnte), während ein zentrales System wie Visa in seiner Spitze über fünfzigtausend Transaktionen verarbeiten kann. Es gibt einen Kompromiss zwischen Dezentralisierung, dh wie gut das System auf Autoren ohne gegenseitiges Vertrauen und Bandbreite skaliert werden kann, d. H. Wie viele Aktualisierungszustände das System zu einem bestimmten Zeitpunkt verarbeiten kann. Bei der Entscheidung für die Verwendung eines Blockchain-Systems sollte dieser Kompromiss ebenfalls berücksichtigt werden. - Anwendungsfälle
Supply Chain Management
Im Supply Chain Management (SCM) umfasst der Material- und Dienstleistungsfluss, der zur Herstellung eines bestimmten Produkts erforderlich ist, verschiedene Zwischenlager- und Produktionszyklen bis zur Lieferung bis zum endgültigen Verbrauchspunkt. In der Regel interagieren und handeln mehrere Unternehmen global innerhalb einer bestimmten Lieferkette. Aufgrund dieser Komplexität sind die damit verbundenen Kosten für die Verwaltung von Assets, Prozessen und die Fehlererkennung besonders hoch.
Mehrere Unternehmen (z. B. Skuchain, Provenance, Walmart, Everledger) bewerben Blockchain-basierte Lösungen, um die Effektivität von Supply-Chain-Management-Lösungen zu erhöhen. Einige argumentieren sogar, dass die Blockchain-Technologie den Weg für die Nachfragekette anstelle von Lieferketten ebnet, in denen Unternehmen von einer größeren Flexibilität bei der Interaktion mit verschiedenen Märkten und dem Ausgleich von Preisrisiken profitieren. Herkömmliches SCM wird durch Planung und Kommunikation gesteuert. Die zukünftige Nachfrage wird auf der Grundlage der vergangenen und aktuellen Nachfrage geschätzt. Informationen werden an interessierte Parteien gesendet, die darauf hoffen, relevante Informationen rechtzeitig zu erhalten, um auf Änderungen, Verzögerungen oder Fehler zu reagieren. Unternehmen entscheiden, welches Produkt zu welchem Zeitpunkt auf den Markt kommt, und Kunden kontrollieren indirekt die Nachfrage.
Im Demand Chain Management (DCM) steht das Kundeninteresse im Mittelpunkt - reduzierte Preise, schnellerer Kundenservice und schnellerer Markteintritt mit einer Idee oder einem minimal lebensfähigen Produkt (MVP) sind nur einige Beispiele. DCM erhöht die Flexibilität, indem alle Beteiligten Echtzeitdaten benötigen, um zu sehen, was die Verbraucher wollen und kaufen. Daher sollten alle Teilnehmer an der Nachfragekette eng mit dem Netzwerk verbunden sein. Im Gegensatz zu SCM, das den Fluss optimiert und auf unvollständigen und ungenauen Marktbewertungen basieren kann, müssen Unternehmen bei DCM eine vollständige und genaue Sicht auf den Markt haben und aktiv die besten Fertigungslösungen auswählen. Daher ist der Informationsfluss in DCM vom Pull- Typ und nicht vom Push- Typ: Interessenten müssen nicht auf Benachrichtigungen warten, sondern können aktiv den Systemstatus anfordern.
SCM-Mitglieder variieren stark in verschiedenen Lieferketten, und dieselben Mitglieder können in verschiedenen Lieferketten unterschiedliche Rollen spielen. Die Grundlage der Segmentierung für verschiedene Akteure in der Lieferkette wird normalerweise durch ihre Beteiligung am Anteil des produzierten Produkts bestimmt. Dies bedeutet, dass für jede Lieferkette, an der der Teilnehmer beteiligt ist, eine separate Blockchain erforderlich ist - was die Leistung der endgültigen Entscheidung deutlich beeinträchtigt.
Nach unserer Methodik aus Abschnitt 3, SCM, ist natürlich eine Vorratsdatenspeicherung erforderlich. Es sind mehrere Validatoren beteiligt, d. H. Verschiedene SCM-Teilnehmer, die einen bestimmten Anteil am Endprodukt besitzen. Skuchain ist für die Verwendung einer einzigen Vertrauensquelle ausgelegt, wodurch jedoch die dezentrale Komponente der Blockchain entfällt und somit einem vertrauenswürdigen zentralen Server entspricht. In Fortsetzung unserer Methodik kann SCM technisch wahrscheinlich immer Online-TTP verwenden. Ist dies nicht möglich, sind zumindest alle Validatoren bekannt, so dass wir zwischen einer öffentlichen und einer privaten Blockchain wählen können. Diese Argumentation lässt uns die Frage offen, ob allen Validatoren vertraut werden kann. Supply Chain Management hat ein inhärentes Problem
Schnittstelle zwischen der digitalen und der physischen Welt. Eine Person oder eine Maschine, die unter der Kontrolle eines Validators steht, muss in der Regel registrieren, dass ein bestimmtes Produkt im Lager eingetroffen ist, und beispielsweise ist seine Qualität geeignet. Wenn kein Vertrauen in die Arbeit dieser Mitarbeiter besteht, ist die gesamte Lieferkette technisch gefährdet, da alle Daten von einem Angreifer bereitgestellt werden könnten. Wenn andererseits alle Validatoren vertrauenswürdig sind, wird die Blockchain nicht benötigt - eine normale Datenbank mit Schreibzugriff wird dies arrangieren.
Bitte beachten Sie, dass die vorherigen Überlegungen überprüft werden sollten, wenn die Verbindung zwischen der digitalen und der physischen Welt auf sichere Weise implementiert wird.
Interbanken- und internationale Zahlungen
siehe Fortsetzung
Dezentrale autonome Organisationen
siehe Fortsetzung